Efecto de la estructura en la actividad de los antioxidantes fenólicos durante el procesado y conservación de aceites

Transcripción

1 Efecto de la estructura en la actividad de los antioxidantes fenólicos durante el procesado y conservación de aceites Carmen Dobarganes Instituto de la Grasa (CSIC)

2 LOS COMPUESTOS FENÓLICOS Interés actual Protección frente a la oxidación en alimentos Beneficiosos para la salud Posibilidad de disminuir el uso de antioxidantes artificiales Problemas de evaluación Miles de compuestos activos (simples y complejos) Distintos sistemas de evaluación de la actividad Distintos posibilidades analíticas para medir el efecto Efectos sinergistas y antagonistas en mezclas

3 MECANISMOS DE OXIDACIÓN O 2 RH INICIACIÓN R PROPAGACIÓN ROO AH H RH RO Hidroperóxidos RO AH TERMINACIÓN Productos de escisión Comp. volátiles Comp. no volátiles Compuestos poliméricos ROR, ROOR Compuestos monoméricos con funciones hidroxi, ceto, epoxi...

4 ACCIÓN DE ANTIOXIDANTES PRIMARIOS ROO + AH RO + A (I/-I) RO + AH R + A (II) A + ROO ROOA (III) A + A AA (IV) Con disponibilidad de aire, la reacción (I) es prioritaria

5 ACCIÓN A ELEVADA TEMPERATURA A elevada temperatura la concentración de oxígeno es baja y la reacción de inhibición del radical R + AH RH + A Por otra parte, la velocidad de descomposición de RO es mayor que su formación RO RO + 2 RO ROO + RO + H2O y la acción del antioxidante sobre la eliminación de RO y ROO depende de la concentración de oxígeno.

6 COMPLEJIDAD DEL GRUPO GRUPO Fenoles simples Derivados de ácido benzoico Derivados de ácido fenil acético Derivados de ácido cinámico Estilbenos Flavonoides e isoflavonoides ESQUELETO C6 C6-C1 C6-C2 C6-C3 C6-C2-C6 C6-C3-C6 lignanos (C6 - C3)2 OCH 3 C(CH 3) 3 (CH 3) 3C CH 3 BHA BHT C(CH 3) 3 taninos (C6 C3 C2)n HO C(CH 3) 3 COOR PG TBHQ Florianopolis, 2007

7 EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD Métodos directos: Miden la capacidad de eliminar los radicales peróxido producidos mediante iniciador (APPH, AMVN) ORAC/TRAP Decoloración de crocina Decoloración de β-caroteno Formación de I2 Disminución de la quimiluminiscencia del luminol Métodos indirectos: Miden la capacidad de eliminar radicales, el poder reductor, etc.) Reacción con radicales (TEAC) ABTS test DPPH test DMPD test Reducción de Fe (III) (FRAP)

8 RESULTADOS GENERALES: RELACIÓN ESTRUCTURA ACTIVIDAD Resultados coherentes Métodos directos Concentración molar Buena solubilidad Discrepancias Concentración en mg/kg ph

9 RESULTADOS GENERALES: RELACIÓN ESTRUCTURA ACTIVIDAD La actividad aumenta con el número de grupos hidroxilo (orto > para > meta) en caso de extensión del sistema conjugado (estilbenos y derivados del ácido cinámico) La actividad tiende a disminuir a concentraciones muy elevadas

10 ACTIVIDAD EN ACEITES Antioxidantes hidrófilos deben actuar para retrasar la oxidación en un medio lipófilo Presencia de otros antioxidantes primarios en concentración variable Formación de radicales en función de la composición (insaturación, componentes menores, calidad inicial, etc) Actividad de los antioxidantes depende del sistema del sistema de evaluación y del método seleccionado aplicar

11 DISTRIBUCIÓN DE LOS ACEITES FASE CONTINUA Aceites y grasas Margarinas y mantequillas FASE DISCONTINUA EMULSIONES NATURALES O FORMULADAS Aceites emulsionados (ingrediente) Leche y productos lácteos Fórmulas infantiles (líquidas) EMULSIONES ATOMIZADAS Aceites microencapsulados (ingrediente) Fórmulas infantiles (en polvo)

12 PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD EN ACEITES Aceites vegetales Estabilidad oxidativa (OSI, Rancimat) Ensayos a ºC (oscuridad) Ensayos a 25 ºC (luz) emulsión o/w o microencapsulados Ensayos a ºC oscuridad y agitación Ensayos a 25 ºC y aceleración mediante metales (Cu, Fe) y agitación Adición de iniciadores (ORAC)

13 MÉTODOS ANALÍTICOS MÁS UTILIZADOS PARA MEDIR LA ACTIVIDAD Periodo de inducción (h) Índice de peróxidos (10 ó 20 meq/kg) Rancidez (evaluación sensorial) Otros (dienos conjugados, TBARS, hexanal, etc.) Evaluación a tiempo fijo (Índice de peróxidos, volátiles, etc.)

14 MÉTODOS ANALÍTICOS MÁS UTILIZADOS PARA MEDIR LA ACTIVIDAD FACTOR DE PROTECCIÓN: (OSI, ensayos a IP fijo) Periodo de tiempo con antioxidante/ Periodo de tiempo sin antioxidante % DE INHIBICIÓN (ensayos a tiempo fijo) (Resultado con antioxidante/ resultado sin antioxidante) 100

15 EVOLUCIÓN DE LA OXIDACIÓN TIEMPO CONTROL ANTIOXIDANTE Florianopolis, 2007

16 EVALUACION DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES Aproximación a la situación real Control de otros antioxidantes y prooxidantes en el medio Evaluación individual de antioxidantes Concentración Polaridad Estabilidad Volatilidad Combinación de antioxidantes

17 EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES Aunque discutida, la determinación de la estabilidad oxidativa permite comparar resultados de distintos autores, cuando se utilizan matrices lipídicas La evaluación de la actividad de un determinado antioxidante en aceites y grasas exige la eliminación previa de los antioxidantes inicialmente presentes. Florianopolis, 2007

18 EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES DESPROVISTOS DE ANTIOXIDANTES NATURALES OSI (horas a 100 ºC) Antioxidante (mm/kg) 3,4 dihidroxibenzoico 3,4,5 trihidroxibenzoico Oliva 18,4 26, Girasol alto C18:1 13,2 19, Girasol alto C18:2 6,2 12,8 12,3 22,4 Soja 5,3 10,6 9,7 17,2

19 EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES DESPROVISTOS DE ANTIOXIDANTES NATURALES OSI (horas a 100 ºC) Antioxidante (mm/kg) 3,4 dihidroxicinámico 4 hidroxi 3-metoxi cinámico Oliva 52, ,6 18,2 Girasol alto C18:1 63, ,4 19,1 Girasol alto C18:2 7,3 14,1 2,5 5,2 Soja 6,5 11,9 1,9 3,0

20 EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES DESPROVISTOS DE ANTIOXIDANTES NATURALES OSI (horas a 100 ºC) Antioxidante (mm/kg) 3,4 dihidroxibenzoico 3,4 dihidroxifenilacético 3,4 dihidroxicinámico Oliva 18,4 26,8 44, ,8 130 Girasol alto C18:1 13,2 19,6 45, ,2 142 Girasol alto C18:2 6,2 12,8 6,1 13,2 7,3 14,1 Soja 5,3 10,6 5,9 11,6 6,5 11,9

21 EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES SIN Y CON ANTIOXIDANTES NATURALES OSI (horas a 100 ºC) Antioxidante mm/kg 3,4 dihidroxibenzoico 3,4 dihidroxifenilacético 3,4 dihidroxicinámico Sin Con Sin Con Sin Con Oliva 26,8 42, Girasol alto C18:1 19,6 40, Girasol alto C18:2 9,8 12,1 13,2 19,2 14,1 13,1 Soja 10,6 15,5 11,6 29,5 11,9 23,6 OSI inicial: Oliva: 36,5 h; Girasol alto oleico: 35,2 h; Girasol alto linoleico: 9,8 h; Soja: 13,3 h.

22 ACEITE DE OLIVA: INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE ANTIOXIDANTES O CH 2 CH 2 HO TOCOFEROL < C18:2 Mateos et al., 2005

23 INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN O CH 2 CH 2 HO TOCOFEROL < C18:2 Mateos et al., 2005

24 INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN Mateos et al., 2005

25 ACCIÓN PROOXIDANTE DE ANTIOXIDANTES A elevada concentración, un aumento de antioxidante en la mezcla puede tener como consecuencia una acción prooxidante RO + A ROO + AH A + O2 AOO RH + A R + AH

26 EFECTOS DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES La actividad de los antioxidantes aumenta con la concentración hasta llegar a ser prácticamente constante a concentraciones elevadas La presencia de tocoferoles modifica la actividad de los antioxidantes fenólicos. Su efecto depende de las concentraciones relativas entre ellos. Florianopolis, 2007

27 EFECTOS DE ANTIOXIDANTES EN EMULSIONES Y MICROENCAPSULADOS La obtención del periodo de inducción exige el uso de iniciadores de radicales o aceleración con metales prooxidantes. La utilización de ensayos a tiempo fijo exige la utilización de varias determinaciones analíticas. Son aplicables los ensayos con iniciadores de radicales. Florianopolis, 2007

28 ACCIÓN DE ANTIOXIDANTES O O CO HO TOCOFEROL HO TROLOX AIRE Trolox Trolox Trolox Toc Toc Toc ACEITE Trolox Toc Toc Trolox Toc Toc Trolox EMULSIÓN Frankel (1998) Oxidation in multiphase systems. In Lipid Oxidation. The Oily Press. Pp Toledo, 2007

29 POLARIDAD DE ANTIOXIDANTES O O CO HO TOCOFEROL HO TROLOX PI antiox. PI control FACTOR PROTECCIÓN ACEITE POLARIDAD EMULSIONES O/W 0 TOCOFEROL TROLOX

30 POLARIDAD DE ANTIOXIDANTES O O O O O HO GALATO DE DODECILO HO GALATO DE PROPILO HO FACTOR PROTECCIÓN ACEITE MICROENCAPSULADOS POLARIDAD ÁCIDO GÁLICO GALATO DE DODECILO GALATO DE PROPILO ÁCIDO GÁLICO

31 EMULSIONES ATOMIZADAS MICROENCAPSULADOS FÓRMULAS INFANTILES Ingredientes PUFAs Alimentos suplementados LC-PUFAs / Minerales Toledo, 2007

32 FACTORES DE PROTECCIÓN ENSAYOS con Cu (II), 40º C Aceite Superficial Aceite Encapsulado 10 0 Tocoferol Trolox Galato de Galato de Dodecilo Propilo

33 ACCIÓN A ELEVADA TEMPERATURA A elevada temperatura la concentración de oxígeno es baja y la reacción de inhibición del radical R + AH RH + A Por otra parte, la velocidad de descomposición de RO es mayor que su formación RO RO + 2 RO ROO + RO + H2O y la acción del antioxidante sobre la eliminación de RO y ROO depende de la concentración de oxígeno.

34 ACCIÓN ANTIOXIDANTE A TEMPERATURA ELEVADA Procedimiento: Calentamiento a temperatura elevada y determinación a tiempo fijo de compuestos de degradación específicos Polímeros Compuestos polares La actividad del antioxidante se evalúa a partir de las diferencias con un control sin antioxidante Florianopolis, 2007

35 ACTIVIDAD DE TOCOFEROLES A ELEVADA TEMPERATURA Aceites sin antioxidantes Aceites con antioxidantes polímeros (%) polymeros (%) Tiempo (h) total tocoferoles (%) Pérdida de tocoferoles Tiempo (h) Tiempo (h) soja girasol colza palma girasol alto oleico oliva Florianopolis, 2007

36 ACTIVIDAD DE TOCOFEROLES A ELEVADA TEMPERATURA Aceites sin antioxidantes 20 Polímeros (%) Aceites con antioxidantes 0 0 0,25 0,5 0,75 1 ácido galico (mm/kg) Oliva Girasol alto oleico Girasol alto linoleico Polímeros (%) ,25 0,5 0,75 1 Soja ácido gálico (mm/kg) Florianopolis, 2007

37 CONSIDERACIONES FINALES - La actividad de un antioxidante para adicionar al aceite debe ser comprobada en circunstancias similares a las que el aceite va a ser usado - Los antioxidantes fenólicos a elevada concentración pueden originar efectos prooxidantes en aceites cuando existen altas concentraciones de tocoferoles naturales - El aumento de polaridad del antioxidante aumenta su actividad en aceites y grasas siempre que sea soluble en las concentraciones usadas. Por el contrario, la disminución de polaridad aumenta su actividad en emulsiones aceite en agua y en los microencapsulados obtenidos a partir de ellas - La aplicación de antioxidantes a elevada temperatura necesita consideraciones especiales basadas en su estabilidad y volatilidad